JP6477616B2 - Exhaust purification system cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに適用される冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device applied to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.
内燃機関の排気浄化システムとして、内燃機関の排気通路に配置される酸化触媒と、該酸化触媒より下流の排気通路に配置される選択還元型触媒(SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒)と、前記酸化触媒より上流の排気通路に配置されて、排気中に燃料
を添加する燃料添加弁と、該燃料添加弁と前記SCR触媒との間の排気通路に配置されて、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁と、を備えたものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。
As an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, an oxidation catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, a selective reduction catalyst (SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst) disposed in an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst, and the oxidation Arranged in an exhaust passage upstream of the catalyst and added to a fuel addition valve for adding fuel into the exhaust, and an exhaust passage between the fuel addition valve and the SCR catalyst, and adding an aqueous urea solution into the exhaust The thing provided with the urea addition valve is known (for example, refer to patent documents 1).
ところで、燃料添加弁や尿素添加弁が高温の排気に曝されると、燃料添加弁や尿素添加弁の噴孔近傍に滞留している燃料や尿素水溶液が変質する温度まで過昇温して、燃料添加弁や尿素添加弁の動作不良等を誘発する虞がある。これに対し、燃料添加弁及び尿素添加弁を冷却水や潤滑油等の冷媒により冷却する方法が考えられる。 By the way, when the fuel addition valve or urea addition valve is exposed to high-temperature exhaust gas, the temperature of the fuel or urea aqueous solution staying in the vicinity of the nozzle hole of the fuel addition valve or urea addition valve is excessively raised to a temperature at which the quality changes. There is a risk of causing malfunction of the fuel addition valve and the urea addition valve. On the other hand, a method of cooling the fuel addition valve and the urea addition valve with a coolant such as cooling water or lubricating oil can be considered.
ここで、燃料が変質する温度と尿素水溶液が変質する温度とが異なるため、燃料添加弁と尿素添加弁とを互いに独立した冷却回路で冷却する方法が考えられるが、冷媒の配管が複雑となって、車載性が低下するという問題がある。そのため、冷却回路を含めた排気浄化システムの車載性を考慮すると、燃料添加弁と尿素添加弁とを互いに共通した冷却回路で冷却することが望ましいと言える。その際、尿素水溶液は、燃料よりも低い温度で変質し易いため、燃料添加弁に優先して尿素添加弁を冷却するように、冷却回路を構成する方法が考えられる。しかしながら、尿素添加弁が燃料添加弁に優先して冷却されると、尿素添加弁が尿素の融点より低い温度まで過度に冷却されて、尿素が析出される可能性がある。また、燃料添加弁は、尿素添加弁よりも上流の排気通路に配置されるため、尿素添加弁よりも高温の雰囲気に曝される機会が多い。よって、燃料添加弁に優先して尿素添加弁が冷却されると、燃料添加弁の冷却が不十分となって、燃料の変質を抑制しきれなくなる可能性もある。 Here, since the temperature at which the fuel changes and the temperature at which the aqueous urea solution changes are different, a method of cooling the fuel addition valve and the urea addition valve with independent cooling circuits can be considered, but the refrigerant piping becomes complicated. Therefore, there is a problem that the in-vehicle performance is lowered. Therefore, it can be said that it is desirable to cool the fuel addition valve and the urea addition valve with a common cooling circuit in consideration of the in-vehicle property of the exhaust purification system including the cooling circuit. At that time, since the urea aqueous solution is easily deteriorated at a temperature lower than that of the fuel, a method of configuring a cooling circuit so as to cool the urea addition valve in preference to the fuel addition valve can be considered. However, when the urea addition valve is cooled in preference to the fuel addition valve, the urea addition valve may be excessively cooled to a temperature lower than the melting point of urea, and urea may be precipitated. Further, since the fuel addition valve is disposed in the exhaust passage upstream of the urea addition valve, there are many opportunities to be exposed to a higher temperature atmosphere than the urea addition valve. Therefore, if the urea addition valve is cooled in preference to the fuel addition valve, cooling of the fuel addition valve becomes insufficient, and there is a possibility that the quality change of the fuel cannot be suppressed.
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料添加弁と尿素添加弁とを含む排気浄化システムにおいて、燃料添加弁と尿素添加弁とを好適に冷却することができる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to suitably cool the fuel addition valve and the urea addition valve in an exhaust purification system including the fuel addition valve and the urea addition valve. It is to provide a technology that can be used.
本発明は、上記した課題を解決するために、希薄燃焼運転される圧縮着火式内燃機関の排気通路に配置される酸化触媒と、該酸化触媒より下流の排気通路に配置されるSCR触媒と、酸化触媒より上流の排気通路に配置される燃料添加弁と、酸化触媒とSCR触媒との間の排気通路に配置される尿素添加弁と、を備えた排気浄化システムに適用される冷却装置であって、該冷却装置は、冷媒が先ず燃料添加弁を冷却し、且つ冷媒が燃料添加弁の次に尿素添加弁を冷却するようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an oxidation catalyst disposed in an exhaust passage of a compression ignition internal combustion engine that is operated by lean combustion, an SCR catalyst disposed in an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst, A cooling device applied to an exhaust purification system comprising a fuel addition valve disposed in an exhaust passage upstream of an oxidation catalyst and a urea addition valve disposed in an exhaust passage between the oxidation catalyst and the SCR catalyst. In the cooling device, the refrigerant first cools the fuel addition valve, and the refrigerant cools the urea addition valve next to the fuel addition valve.
詳細には、本発明は、希薄燃焼運転される圧縮着火式内燃機関の排気通路に配置され、酸化触媒を含む上流側浄化装置と、上流側浄化装置より下流の排気通路に配置され、選択還元型触媒(SCR触媒)を含む下流側浄化装置と、上流側浄化装置より上流の排気通路に配置されて、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、上流側浄化装置と下流側浄化装置との間の排気通路に配置されて、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁と、を備える排気浄化システムに適用される冷却装置である。そして、冷却装置は、冷媒が燃料添加弁と尿素添加弁とを順次に流れる通路である弁冷却通路を有し、該弁冷却通路は、冷媒が先ず燃料添加弁を冷却し、且つ冷媒が燃料添加弁の次に尿素添加弁を冷却するように構成されるようにした。 Specifically, the present invention is arranged in an exhaust passage of a compression ignition type internal combustion engine that is operated by lean combustion, and is arranged in an upstream purification device including an oxidation catalyst, and in an exhaust passage downstream of the upstream purification device, and is selectively reduced. A downstream purification device that includes a type catalyst (SCR catalyst), a fuel addition valve that is disposed in an exhaust passage upstream of the upstream purification device, and adds fuel to the exhaust, an upstream purification device, and a downstream purification device, And a urea addition valve that is disposed in an exhaust passage between the two and adds a urea aqueous solution to the exhaust, and is applied to an exhaust purification system. The cooling device has a valve cooling passage that is a passage through which the refrigerant sequentially flows through the fuel addition valve and the urea addition valve. The valve cooling passage first cools the fuel addition valve with the refrigerant, and the refrigerant is the fuel. The urea addition valve was configured to be cooled next to the addition valve.
このように構成される冷却装置によれば、燃料添加弁と尿素添加弁とのうち、より高温の雰囲気に曝されやすい燃料添加弁が優先して冷却される。そのため、燃料添加弁が高温の排気にされることに起因して、該燃料添加弁が燃料の変質を招く温度まで過昇温することを抑制することができる。また、尿素添加弁は、燃料添加弁の熱を受けた後の冷媒によって冷却されるため、該尿素添加弁が尿素の融点より低い温度まで過度に冷却されることを抑制することもできる。 According to the cooling device configured as described above, the fuel addition valve that is easily exposed to a higher temperature atmosphere among the fuel addition valve and the urea addition valve is preferentially cooled. For this reason, it is possible to suppress the temperature of the fuel addition valve from being excessively raised to a temperature that causes deterioration of the fuel due to the high temperature exhaust. Moreover, since the urea addition valve is cooled by the refrigerant after receiving the heat of the fuel addition valve, it is possible to prevent the urea addition valve from being excessively cooled to a temperature lower than the melting point of urea.
なお、上記したように、尿素添加弁が上流側浄化装置より下流に配置されると、内燃機関から排出される未燃燃料成分(内燃機関において燃焼しきれなかった燃料成分)が上流側浄化装置の酸化触媒で酸化された際に発生する反応熱によって、尿素添加弁が曝される排気の温度が高くなることが想定される。また、下流側浄化装置のSCR触媒の暖機を図る場合等に、燃料添加弁から上流側浄化装置へ燃料を供給することにより、上流側浄化装置の酸化触媒で発生する反応熱の量を積極的に増加させる処理が実行されることが想定される。そのような場合も、尿素添加弁が曝される排気の温度が高くなる。しかしながら、本発明の冷却装置によれば、冷媒が燃料添加弁の次に尿素添加弁を冷却するように構成されるため、燃料添加弁と尿素添加弁との間には、それらの燃料添加弁及び尿素添加弁以外の冷却対象が配置されない。そのため、尿素添加弁に到達する際の冷媒の温度を、尿素添加弁が過度に冷却されることを抑制し得る範囲で可能な限り低く抑えることができる。したがって、上記した種々の要因によって、尿素添加弁の曝される排気の温度が高くなる状況が発生しても、尿素添加弁が尿素水溶液の変質を招く温度まで過昇温することを好適に抑制することができる。 As described above, when the urea addition valve is disposed downstream of the upstream purification device, the unburned fuel component discharged from the internal combustion engine (the fuel component that could not be combusted in the internal combustion engine) is removed from the upstream purification device. It is assumed that the temperature of the exhaust to which the urea addition valve is exposed increases due to the reaction heat generated when it is oxidized by this oxidation catalyst. In addition, when warming up the SCR catalyst of the downstream purification device, the amount of reaction heat generated by the oxidation catalyst of the upstream purification device is positively supplied by supplying fuel from the fuel addition valve to the upstream purification device. It is assumed that the process to increase automatically is performed. Even in such a case, the temperature of the exhaust to which the urea addition valve is exposed increases. However, according to the cooling device of the present invention, since the refrigerant is configured to cool the urea addition valve next to the fuel addition valve, the fuel addition valve is interposed between the fuel addition valve and the urea addition valve. And the cooling object other than the urea addition valve is not arranged. Therefore, the temperature of the refrigerant when reaching the urea addition valve can be kept as low as possible within a range in which the urea addition valve can be prevented from being excessively cooled. Therefore, even if the situation where the temperature of the exhaust gas to which the urea addition valve is exposed increases due to the various factors described above, it is preferable to suppress the urea addition valve from being overheated to a temperature that causes the deterioration of the urea aqueous solution. can do.
したがって、本発明に係わる冷却装置によれば、尿素添加弁の過度の冷却を抑制しつつ、燃料添加弁及び尿素添加弁の過昇温を抑制することができる。 Therefore, according to the cooling device according to the present invention, it is possible to suppress excessive temperature rise of the fuel addition valve and the urea addition valve while suppressing excessive cooling of the urea addition valve.
次に、本発明に係わる冷却装置は、上流側浄化装置が、酸化触媒に加え、排気中のPMを捕集するパティキュレートフィルタを備える排気浄化システムにも適用することができる。このように構成される排気浄化システムでは、パティキュレートフィルタに堆積したPMの量が所定の閾値以上になったと推定されるときに、燃料添加弁から酸化触媒へ燃料を供給することにより、燃料の反応熱を利用してパティキュレートフィルタの温度をPMの酸化可能な温度まで昇温させて、パティキュレートフィルタに堆積しているPMを酸化及び除去する処理(以下、「フィルタ再生処理」と称する)が実行される。このようなフィルタ再生処理が実行されると、尿素添加弁の曝される排気の温度が上昇する。これに対し、本発明に係わる冷却装置によれば、前述したように、冷媒が燃料添加弁の次に尿素添加弁を冷却するように構成されるため、尿素添加弁に到達する際の冷媒の温度を、尿素添加弁が過度に冷却されることを抑制し得る範囲で可能な限り低く抑えることができる。したがって、上記したフィルタ再生処理が実行される場合であっても、尿素添加弁が尿素水溶液の変質を招く温度まで過昇温することを好適に抑制することができる。 Next, the cooling device according to the present invention can also be applied to an exhaust purification system in which the upstream purification device includes a particulate filter that collects PM in the exhaust in addition to the oxidation catalyst. In the exhaust purification system configured as described above, when it is estimated that the amount of PM deposited on the particulate filter has exceeded a predetermined threshold, fuel is supplied from the fuel addition valve to the oxidation catalyst, thereby A process of raising the temperature of the particulate filter to a temperature at which PM can be oxidized using reaction heat to oxidize and remove PM deposited on the particulate filter (hereinafter referred to as “filter regeneration process”). Is executed. When such filter regeneration processing is executed, the temperature of the exhaust to which the urea addition valve is exposed rises. On the other hand, according to the cooling device according to the present invention, as described above, the refrigerant is configured to cool the urea addition valve next to the fuel addition valve. The temperature can be kept as low as possible within a range that can prevent the urea addition valve from being excessively cooled. Therefore, even when the above-described filter regeneration process is performed, it is possible to suitably suppress the temperature increase of the urea addition valve to a temperature that causes deterioration of the urea aqueous solution.
ここで、V型の内燃機関や、直列多気筒の内燃機関等では、排気浄化システムが2系統
に分かれている場合がある。例えば、排気通路が第一排気通路と第二排気通路とに分かれ、それら第一排気通路と第二排気通路との各々に、燃料添加弁、上流側浄化装置、尿素添加弁、及び下流側浄化装置が配置される場合がある。そのような排気浄化システムに本発明の冷却装置を適用する場合は、弁冷却通路は、冷媒が先ず第一排気通路の燃料添加弁(第一燃料添加弁)を冷却し、且つ冷媒が第一燃料添加弁の次に第一排気通路の尿素添加弁(第一尿素添加弁)を冷却するように構成される第一弁冷却通路と、冷媒が先ず第二排気通路の燃料添加弁(第二燃料添加弁)を冷却し、且つ冷媒が第二燃料添加弁の次に第二排気通路の尿素添加弁(第二尿素添加弁)を冷却するように構成される第二弁冷却通路と、を含むようにしてもよい。このような構成によれば、排気浄化システムが2系統である場合であっても、2つの尿素添加弁の過度の冷却を抑制しつつ、2つの燃料添加弁及び2つの尿素添加弁の過昇温を抑制することができる。
Here, in a V-type internal combustion engine, an in-line multi-cylinder internal combustion engine, or the like, the exhaust purification system may be divided into two systems. For example, the exhaust passage is divided into a first exhaust passage and a second exhaust passage, and a fuel addition valve, an upstream purification device, a urea addition valve, and a downstream purification are provided in each of the first exhaust passage and the second exhaust passage. Devices may be deployed. When the cooling device of the present invention is applied to such an exhaust purification system, the refrigerant in the valve cooling passage first cools the fuel addition valve (first fuel addition valve) in the first exhaust passage, and the refrigerant is the first. The first valve cooling passage configured to cool the urea addition valve (first urea addition valve) in the first exhaust passage next to the fuel addition valve, and the refrigerant is first supplied to the fuel addition valve (second in the second exhaust passage). A second valve cooling passage configured to cool the fuel addition valve) and the refrigerant to cool the urea addition valve (second urea addition valve) of the second exhaust passage next to the second fuel addition valve; It may be included. According to such a configuration, even when the exhaust purification system has two systems, excessive increase in the two fuel addition valves and the two urea addition valves while suppressing excessive cooling of the two urea addition valves. Temperature can be suppressed.
また、V型の内燃機関や、直列多気筒の内燃機関等では、排気浄化システムの一部が2系統に分かれている場合もある。例えば、排気通路が、第一排気通路と、第二排気通路と、第一排気通路及び第二排気通路が合流して形成される第三排気通路とから構成され、第一排気通路と第二排気通路の各々に燃料添加弁と上流側浄化装置が配置され、且つ第三排気通路に尿素添加弁と下流側浄化装置が配置される場合がある。そのような排気浄化システムに本発明の冷却装置を適用する場合は、弁冷却通路は、冷媒が第一排気通路の燃料添加弁(第一燃料添加弁)を経由する第一弁冷却通路と、冷媒が第二排気通路の燃料添加弁(第二燃料添加弁)を経由する第二弁冷却通路と、それら第一弁冷却通路と第二弁冷却通路が合流して形成される通路であって、且つ第一燃料添加弁及び第二燃料添加弁を経由した冷媒が尿素添加弁を経由する第三弁冷却通路と、を含むようにしてもよい。その際、第一弁冷却通路、第二弁冷却通路、及び第三弁冷却通路は、第一燃料添加弁を冷却した冷媒が第一燃料添加弁の次に尿素添加弁を冷却し、且つ第二燃料添加弁を冷却した冷媒が第二燃料添加弁の次に尿素添加弁を冷却するように構成されてもよい。このような構成によれば、排気浄化システムの一部が2系統に分かれている場合であっても、尿素添加弁の過度の冷却を抑制しつつ、2つの燃料添加弁及び尿素添加弁の過昇温を抑制することができる。 Further, in a V-type internal combustion engine, an in-line multi-cylinder internal combustion engine, or the like, a part of the exhaust purification system may be divided into two systems. For example, the exhaust passage includes a first exhaust passage, a second exhaust passage, and a third exhaust passage formed by joining the first exhaust passage and the second exhaust passage. A fuel addition valve and an upstream purification device may be disposed in each of the exhaust passages, and a urea addition valve and a downstream purification device may be disposed in the third exhaust passage. When the cooling device of the present invention is applied to such an exhaust purification system, the valve cooling passage includes a first valve cooling passage through which the refrigerant passes through a fuel addition valve (first fuel addition valve) of the first exhaust passage, A second valve cooling passage through which the refrigerant passes through a fuel addition valve (second fuel addition valve) in the second exhaust passage, and a passage formed by joining the first valve cooling passage and the second valve cooling passage. In addition, the refrigerant that has passed through the first fuel addition valve and the second fuel addition valve may include a third valve cooling passage that passes through the urea addition valve. At that time, the first valve cooling passage, the second valve cooling passage, and the third valve cooling passage are configured such that the refrigerant that has cooled the first fuel addition valve cools the urea addition valve next to the first fuel addition valve, and The refrigerant that has cooled the second fuel addition valve may be configured to cool the urea addition valve next to the second fuel addition valve. According to such a configuration, even when a part of the exhaust purification system is divided into two systems, excessive cooling of the two fuel addition valves and the urea addition valve is suppressed while suppressing excessive cooling of the urea addition valve. Temperature rise can be suppressed.
次に、本発明に係わる内燃機関が、冷媒により冷却される内燃機関であって、且つ該内燃機関を経由した冷媒の熱を放熱させるためのラジエータを具備する場合は、前記弁冷却通路は、ラジエータを経由した後の冷媒であって、且つ内燃機関を経由する前の冷媒の一部が、燃料添加弁及び尿素添加弁を順次に経由するように構成されてもよい。このような構成によれば、燃料添加弁と尿素添加弁とを経由する際の冷媒の温度をより確実に低く抑えることができるため、燃料添加弁及び尿素添加弁の過昇温をより確実に抑制することができる。 Next, when the internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine cooled by a refrigerant and includes a radiator for radiating the heat of the refrigerant that has passed through the internal combustion engine, the valve cooling passage includes: A part of the refrigerant that has passed through the radiator and that has not passed through the internal combustion engine may sequentially pass through the fuel addition valve and the urea addition valve. According to such a configuration, since the temperature of the refrigerant when passing through the fuel addition valve and the urea addition valve can be suppressed more reliably, the overheating of the fuel addition valve and the urea addition valve can be more reliably performed. Can be suppressed.
なお、本発明に係わる内燃機関が、冷媒により冷却される内燃機関であって、且つ該内燃機関を経由した冷媒の熱を放熱させるためのラジエータを具備する場合は、前記弁冷却通路は、前記燃料添加弁及び前記尿素添加弁を順次に経由した後の冷媒を、前記内燃機関を経由した後の冷媒であって、且つ前記ラジエータへ流入する前の冷媒と合流するように構成されてもよい。このような構成によれば、燃料添加弁及び尿素添加弁の熱を受けて昇温した冷媒が、他の冷却対象を経由せずにラジエータへ流入することになるため、他の冷却対象の冷却効率を低下させることなく、燃料添加弁及び尿素添加弁を冷却することができる。 When the internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine cooled by a refrigerant and includes a radiator for radiating the heat of the refrigerant that has passed through the internal combustion engine, the valve cooling passage is The refrigerant after sequentially passing through the fuel addition valve and the urea addition valve may be combined with the refrigerant after passing through the internal combustion engine and before flowing into the radiator. . According to such a configuration, the refrigerant that has been heated by receiving heat from the fuel addition valve and the urea addition valve flows into the radiator without passing through the other cooling target. The fuel addition valve and the urea addition valve can be cooled without lowering the efficiency.
また、本発明に係わる内燃機関が、該内燃機関の排気エネルギを利用して遠心式のコンプレッサを駆動する過給機であって、且つ冷媒により冷却される排気タービン過給機を具備する場合は、前記弁冷却通路は、前記排気タービン過給機を経由して冷媒が流れる水路と並列に配置されるようにしてもよい。 Further, when the internal combustion engine according to the present invention is a supercharger that drives a centrifugal compressor using the exhaust energy of the internal combustion engine and has an exhaust turbine supercharger that is cooled by a refrigerant. The valve cooling passage may be arranged in parallel with the water channel through which the refrigerant flows via the exhaust turbine supercharger.
ここで、排気タービン過給器は、燃料添加弁と同様に、内燃機関の直近に配置されることが多いため、該排気タービン過給器の温度が高くなり易い。よって、前記弁冷却通路が、排気タービン過給機を経由して冷媒が流れる水路と直列に配置されると、排気タービン過給機と2つの添加弁とのうち、先に冷却される機器から冷媒へ放熱される熱の影響により、後に冷却される機器の冷却効率が低下する可能性がある。これに対し、排気タービン過給機を経由して冷媒が流れる通路と前記弁冷却通路とが並列に配置されると、排気タービン過給器と2つの添加弁との何れか一方の熱の影響によって他方の冷却効率が低下することを抑制することができる。 Here, since the exhaust turbine supercharger is often arranged in the immediate vicinity of the internal combustion engine, like the fuel addition valve, the temperature of the exhaust turbine supercharger tends to increase. Therefore, when the valve cooling passage is arranged in series with the water channel through which the refrigerant flows via the exhaust turbine supercharger, from the exhausted turbocharger and the two additional valves, the device that is cooled first. Due to the influence of heat radiated to the refrigerant, there is a possibility that the cooling efficiency of the equipment to be cooled later is lowered. On the other hand, if the passage through which the refrigerant flows via the exhaust turbine supercharger and the valve cooling passage are arranged in parallel, the influence of the heat of either the exhaust turbine supercharger or the two addition valves Therefore, it can suppress that the other cooling efficiency falls.
本発明によれば、排気浄化システムが備える燃料添加弁と尿素添加弁とを好適に冷却することができる。 According to the present invention, the fuel addition valve and the urea addition valve provided in the exhaust purification system can be suitably cooled.
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
<実施形態1>
先ず、本発明の第1の実施形態について図1乃至図4に基づいて説明する。図1は、本発明に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、理論空燃比よりリーンな空燃比により運転される圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)である。なお、図1に示す例では、内燃機関1が直列に配置された4つの気筒2を有しているが、内燃機関1の気筒数は3つ以下であってもよく、又は5つ以上であってもよい。内燃機関1の各気筒2には、気筒2内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁3とが取り付けられている。
<
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the present invention. An
内燃機関1は、吸気通路4と接続されている。吸気通路4は、大気中から取り込まれた空気を各気筒2へ導くための通路である。吸気通路4の上流側端部の近傍には、空気中の塵等を捕集するためのエアクリーナボックス40が取り付けられている。エアクリーナボックス40より下流の吸気通路4には、該吸気通路4内を流れる空気量を調整するためのスロットル弁41が取り付けられている。このスロットル弁41と前記エアクリーナボッ
クス40との間の吸気通路4には、該吸気通路4内を流れる空気量(吸入空気量)に相関した電気信号を出力するエアフローメータ42が取り付けられている。
The
内燃機関1は、排気通路5と接続されている。排気通路5は、気筒2内で燃焼された既燃ガス(排気)を流通させるための通路である。排気通路5の途中には、上流側ケーシング50が配置されている。上流側ケーシング50は、貴金属(例えば、白金、パラジウム、又はロジウム等)が担持されたハニカム構造体から構成される酸化触媒と、パティキュレートフィルタと、を収容するものであり、本発明に係わる「上流側浄化装置」に相当する。上流側ケーシング50より下流の排気通路5には、下流側ケーシング51が配置されている。下流側ケーシング51は、コーディライトやFe−Cr−Al系の耐熱鋼から成るハニカム構造体と、ハニカム構造体を被覆するゼオライト系のコート層と、コート層に担持される貴金属(白金やパラジウム等)とから構成されるSCR触媒を収容するものであり、本発明に係わる「下流側浄化装置」に相当する。上流側ケーシング50より上流の排気通路5には、排気中に燃料を添加するための燃料添加弁52が配置されている。上流側ケーシング50と下流側ケーシング51との間の排気通路5には、排気中に尿素水溶液を添加するための尿素添加弁53が配置されている。
The
内燃機関1は、排気の熱エネルギを利用して吸気を圧縮する排気タービン過給機(ターボチャージャ)6を備えている。ターボチャージャ6は、燃料添加弁52より上流の排気通路5に配置されるタービン61と、エアフローメータ42とスロットル弁41との間の吸気通路4に配置されるコンプレッサ60と、を備えている。タービン61は、排気の熱エネルギを運動エネルギに変換するものである。コンプレッサ60は、タービン61から出力される運動エネルギにより駆動されて、吸気を圧縮する遠心式圧縮機である。なお、コンプレッサ60によって圧縮されることで高温になった吸気は、該コンプレッサ60とスロットル弁41との間の吸気通路4に配置されるインタークーラ43によって冷却されるようになっている。インタークーラ43は、吸気の熱を、大気中又は冷却水に放熱する熱交換器である。
The
上記したように構成される内燃機関1には、ECU(Electronic Control Unit)7が
併設されている。ECU7は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等から構成されている。このように構成されるECU7は、前述したエアフローメータ42に加え、アクセルポジションセンサ8やクランクポジションセンサ9等の各種センサと電気的に接続されている。なお、アクセルポジションセンサ8は、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ9は、内燃機関1の機関出力軸(クランクシャフト)の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。
The
ECU7は、燃料噴射弁3、スロットル弁41、燃料添加弁52、尿素添加弁53等の各種機器とも電気的に接続され、それら各種機器の作動状態を制御することができるようになっている。例えば、ECU7は、アクセルポジションセンサ8の出力信号から演算される機関負荷と、クランクポジションセンサ9の出力信号に基づいて演算される機関回転速度と、に基づいて目標燃料噴射量を演算し、その目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁3を制御する。また、ECU7は、上流側ケーシング50の酸化触媒が活性状態にあり、且つ下流側ケーシング51のSCR触媒が未活性状態にある場合に、燃料添加弁52から排気中へ燃料を添加させることにより、該燃料が前記酸化触媒で酸化される際に発生する反応熱を利用して、下流側ケーシング51のSCR触媒を活性温度まで昇温させる処理(以下、「触媒暖機処理」と称する)を実行する。さらに、ECU7は、上流側ケーシング50のパティキュレートフィルタに堆積しているPMの量が所定の閾値以上であると推定されるときに、燃料添加弁52から排気中へ燃料を添加させることにより、該燃料が前記酸化触媒で酸化される際に発生する反応熱を利用して、パティキュレートフィルタの温度を
PMの酸化可能な温度まで昇温させる処理(フィルタ再生処理)を実行する。また、ECU7は、下流側ケーシング51のSCR触媒に吸着されているアンモニア(NH3)の量(NH3吸着量)が目標吸着量以下となったときに、尿素添加弁53から排気中へ尿素水溶液を添加させる処理(以下、「還元剤供給処理」と称する)を実行する。尿素添加弁53から排気中へ添加された尿素水溶液は、排気中又はSCR触媒において熱分解及び加水分解されてNH3を生成し、そのNH3がSCR触媒に吸着される。SCR触媒に吸着されたNH3は、排気中に含まれるNOXと反応して、該NOXを窒素(N2)に還元させる。
The
ここで、燃料添加弁52や尿素添加弁53が高温の排気に曝されると、燃料添加弁52の噴孔近傍に滞留している燃料や、尿素添加弁53の噴孔近傍に滞留している尿素水溶液が変質する温度まで過昇温する可能性がある。例えば、燃料添加弁52が過昇温すると、該燃料添加弁52の噴孔近傍に滞留している燃料が変質(例えば、炭化)して、該燃料添加弁52の噴孔の目詰まりを誘発する可能性がある。燃料添加弁52の噴孔の目詰まりが発生すると、上記した触媒暖機処理やフィルタ再生処理が実行された際に、SCR触媒やパティキュレートフィルタを所望の温度まで昇温させることが困難になる可能性がある。また、尿素添加弁53が過昇温すると、該尿素添加弁53の噴孔近傍に滞留している尿素水溶液が尿素結晶、シアヌル酸、メラニン等に変質して、該尿素添加弁53の噴孔の目詰まりを誘発する可能性がある。尿素添加弁53の噴孔の目詰まりが発生すると、上記した還元剤供給処理が実行された際に、SCR触媒のNH3吸着量を目標吸着量にすることが困難になる可能性がある。これらの問題に対し、本実施形態では、燃料噴射弁3及び尿素添加弁53を、内燃機関1の冷却水によって冷却するようにした。
Here, when the
図2は、本実施形態における冷却装置の構成を示す図である。冷却装置は、内燃機関1のシリンダヘッド1aに形成されたヘッド側水路10aと、内燃機関1のシリンダブロック1bに形成されたブロック側水路10bと、を備えている。これらヘッド側水路10aとブロック側水路10bとは相互に連通している。ヘッド側水路10aは、第一水路11を介して、ラジエータ12の冷却水入口に接続されている。ラジエータ12は、冷却水の熱を大気中に放熱する熱交換器である。ラジエータ12の冷却水出口は、第二水路13を介して、サーモスタットバルブ14に接続されている。サーモスタットバルブ14には、前記第二水路13に加え、第三水路15とバイパス水路16とが接続されている。第三水路15は、ウォーターポンプ17の吸い込み口に接続されている。ウォーターポンプ17の吐出口は、第四水路18を介して、ブロック側水路10bに接続されている。また、バイパス水路16は、ヘッド側水路10aに接続されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the cooling device in the present embodiment. The cooling device includes a head-
ここで、サーモスタットバルブ14は、冷却水の温度に応じて、第二水路13とバイパス水路16の何れか一方を遮断する流路切換バルブである。詳細には、サーモスタットバルブ14は、該サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が所定の開弁温度(例えば、80℃〜90℃)未満であるときは、第二水路13を遮断すると同時にバイパス水路16を開放して、第三水路15とバイパス水路16とを導通させる。また、サーモスタットバルブ14は、該サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度以上であるときは、第二水路13を開放すると同時にバイパス水路16を遮断して、第三水路15と第二水路13とを導通させる。
Here, the
次に、前記第四水路18の途中には、弁冷却通路19の一端が接続されている。弁冷却通路19の他端は、第一水路11の途中に接続されている。この弁冷却通路19は、燃料添加弁52と尿素添加弁53とに直列に冷却水を流すための通路である。ここで、尿素水溶液は、燃料が変質する温度よりも低い温度で変質し易いため、冷却水が燃料添加弁52より先に尿素添加弁53を冷却するように、水路を構成する方法が考えられる。しかしながら、尿素添加弁53が燃料添加弁52より先に冷却されると、尿素添加弁53の曝され
る排気の温度が比較的低い場合等に、尿素添加弁53が尿素の融点より低い温度まで過度に冷却されて、尿素が析出される可能性がある。また、燃料添加弁52は、尿素添加弁よりも上流の排気通路5に配置されるため、尿素添加弁53よりも高温の雰囲気に曝される機会が多い。そのため、尿素添加弁53が燃料添加弁52より先に冷却されると、燃料添加弁52の冷却が不十分となって、燃料添加弁52の噴孔近傍に滞留している燃料の変質を抑制しきれなくなる可能性がある。そこで、本実施形態における弁冷却通路19は、冷却水が先ず燃料添加弁52を冷却し、且つ冷却水が燃料添加弁52の次に尿素添加弁53を冷却するように構成される。ここでいう「冷却水が燃料添加弁52の次に尿素添加弁53を冷却する」とは、燃料添加弁52と尿素添加弁53との間に、それら燃料添加弁52及び尿素添加弁53以外の冷却対象が配置されないことを意味する。以下では、第四水路18と燃料添加弁52との間の弁冷却通路19を第五水路19aと称し、燃料添加弁52と尿素添加弁53との間の弁冷却通路19を第六水路19bと称し、尿素添加弁53と第一水路11との間の弁冷却通路19を第七水路19cと称する。
Next, one end of the
以下、上記した冷却装置における冷却水の流れについて図3及び図4に基づいて説明する。図3は、内燃機関1が冷間状態にある場合のように、サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度未満である場合における冷却水の流れを示す図である。サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度より低いときは、前述したように、第二水路13を遮断し、且つ第三水路15とバイパス水路16とを導通させるようにサーモスタットバルブ14が動作する。そのため、ウォーターポンプ17から吐出された冷却水が、第四水路18、ブロック側水路10b、ヘッド側水路10a、バイパス水路16、サーモスタットバルブ14、及び第三水路15を順次経て、ウォーターポンプ17に戻る回路が成立する。このような回路が成立すると、冷却水がラジエータ12を迂回して流れるため、冷却水の温度低下が抑制される。その結果、内燃機関1の不要な冷却が抑制されて、該内燃機関1の暖機が促進される。
Hereinafter, the flow of the cooling water in the above-described cooling device will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a diagram illustrating the flow of the cooling water when the temperature of the cooling water flowing through the
また、サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度未満である場合は、上記した回路に加え、ウォーターポンプ17から吐出された冷却水が、第四水路18、第五水路19a、燃料添加弁52、第六水路19b、尿素添加弁53、第七水路19c、第一水路11、ヘッド側水路10a、バイパス水路16、サーモスタットバルブ14、及び第三水路15を順次経て、ウォーターポンプ17に戻る回路も成立する。ここで、サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度未満である場合は、燃料添加弁52及び尿素添加弁53の温度も低いと予想される。燃料添加弁52及び尿素添加弁53の温度が低い場合は、それら燃料添加弁52から排気中へ添加される燃料、及び尿素添加弁53から排気中へ添加される尿素水溶液が微粒化し難くなる。これに対し、図3に示したような回路が成立すると、内燃機関1の熱を受けて昇温した冷却水によって燃料添加弁52及び尿素添加弁53が暖められるため、燃料添加弁52から排気中へ添加される燃料、及び尿素添加弁53から排気中へ添加される尿素水溶液が微粒化し易くなる。
Further, when the temperature of the cooling water flowing through the
次に、図4は、内燃機関1が暖機完了状態にある場合のように、サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度以上である場合における冷却水の流れを示す図である。サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度以上であるときは、前述したように、バイパス水路16を遮断し、且つ第二水路13と第三水路15とを導通させるようにサーモスタットバルブ14が動作する。そのため、ウォーターポンプ17から吐出された冷却水が、第四水路18、ブロック側水路10b、ヘッド側水路10a、第一水路11、ラジエータ12、第二水路13、サーモスタットバルブ14、及び第三水路15を順次経て、ウォーターポンプ17に戻る回路が成立する。このような回路が成立すると、ブロック側水路10b及びヘッド側水路10aを経由して高温となった冷却水がラジエータ12を経由することになるため、冷却水の熱がラジエータ12によって放熱される。そして、ラジエータ12によって放熱された後の比較的低温の冷却水がヘッド側
水路10a及びブロック側水路10bへ流入するため、内燃機関1が好適に冷却されるようになる。その結果、内燃機関1の過熱が抑制される。
Next, FIG. 4 is a diagram illustrating the flow of the cooling water when the temperature of the cooling water flowing through the
また、サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度以上である場合は、上記した回路に加え、ウォーターポンプ17から吐出された冷却水が、第四水路18、第五水路19a、燃料添加弁52、第六水路19b、尿素添加弁53、第七水路19c、第一水路11、ラジエータ12、第二水路13、サーモスタットバルブ14、及び第三水路15を順次経て、ウォーターポンプ17に戻る回路も成立する。このような回路が成立した場合は、ラジエータ12によって放熱された後の冷却水であって、且つブロック側水路10bへ流入する前の低温の冷却水が燃料添加弁52及び尿素添加弁53を順次に冷却することになる。ここで、サーモスタットバルブ14を流れる冷却水の温度が前記開弁温度以上である場合は、燃料添加弁52及び尿素添加弁53が曝される排気の温度もある程度高くなるため、燃料添加弁52及び尿素添加弁53の温度が上昇し易い。燃料添加弁52及び尿素添加弁53の温度が上昇し易いときに、上記したように、ラジエータ12によって放熱された後の冷却水であって、且つブロック側水路10bへ流入する前の低温の冷却水によって燃料添加弁52及び尿素添加弁53が冷却されると、それら燃料添加弁52及び尿素添加弁53の温度上昇が抑制される。特に、燃料添加弁52と尿素添加弁53とのうち、より高温の雰囲気に曝されやすい燃料添加弁52が尿素添加弁53に優先して冷却されるため、燃料添加弁52が燃料の変質を招く温度まで過昇温することを抑制することができる。また、尿素添加弁53は、燃料添加弁52の熱を受けた後の冷却水によって冷却されるため、該尿素添加弁53が尿素の融点より低い温度まで過度に冷却されることが抑制される。
When the temperature of the cooling water flowing through the
ところで、内燃機関1の排気に燃え残りの未燃燃料成分が含まれていると、その未燃燃料成分が上流側ケーシング50の酸化触媒で酸化されるため、その際に発生する反応熱によって尿素添加弁53の曝される排気の温度が上昇する。また、前述した触媒暖機処理が実行される場合は、燃料添加弁52から酸化触媒へ燃料を供給することにより、酸化触媒で発生する反応熱の量を積極的に増加させるため、尿素添加弁53の曝される排気の温度が上昇する。上記したような種々の要因によって、尿素添加弁53の曝される温度が上昇すると、該尿素添加弁53の温度も上昇し易くなる。しかしながら、本実施形態の弁冷却通路19は、燃料添加弁52と尿素添加弁53との間に、それら2つの添加弁以外の冷却対象が配置されないように構成されるため、尿素添加弁53を経由する際の冷却水の温度を、尿素添加弁53が過度に冷却されることを抑制し得る範囲で可能な限り低く抑えることができる。その結果、尿素添加弁53が尿素水溶液の変質を招く温度まで過昇温することを好適に抑制することができる。
By the way, when the unburned unburned fuel component is contained in the exhaust gas of the
さらに、前述したフィルタ再生処理が実行される場合は、パティキュレートフィルタをPMの酸化可能な温度まで昇温するため、それに伴って尿素添加弁53の曝される排気の温度も大幅に上昇することが想定される。しかしながら、本実施形態の弁冷却通路19は、前述したように、燃料添加弁52と尿素添加弁53との間に、それら2つの添加弁以外の冷却対象が配置されないように構成されるため、尿素添加弁53に到達する際の冷却水の温度を、尿素添加弁53が過度に冷却されることを抑制し得る範囲で可能な限り低く抑えることができる。その結果、フィルタ再生処理の実行によって、尿素添加弁53の曝される排気の温度が高くなる場合においても、尿素添加弁53が尿素水溶液の変質を招く温度まで過昇温することを好適に抑制することができる。
Further, when the above-described filter regeneration process is executed, the temperature of the particulate filter is raised to a temperature at which PM can be oxidized, and accordingly, the temperature of the exhaust gas to which the
したがって、本実施形態の冷却装置によれば、尿素添加弁53の過度の冷却を抑制しつつ、燃料添加弁52及び尿素添加弁53の過昇温を抑制することができる。また、本実施形態の弁冷却通路19は、冷却水が燃料添加弁52と尿素添加弁53とを直列に流れるように構成されるため、冷却水が燃料添加弁52と尿素添加弁53とに並列に流れる構成に
比べ、冷却装置の車載性の低下を抑制することができる。
Therefore, according to the cooling device of the present embodiment, it is possible to suppress excessive temperature rise of the
なお、本実施例では、燃料添加弁52及び尿素添加弁53を冷却するための冷媒として、内燃機関1の冷却水を用いる例について述べたが、内燃機関1又はトランスミッションの潤滑油等を用いることもできる。その際、潤滑油の熱を大気中又は冷却水に放熱するためのオイルクーラを経由した後の潤滑油であって、且つ潤滑対象を経由する前の低温の潤滑油を、燃料添加弁52と尿素添加弁53とに順次に流すようにすればよい。
In this embodiment, the example in which the cooling water of the
<実施形態1の変形例1>
ターボチャージャ6が内燃機関1の冷却水によって冷却される水冷式の過給機である場合に、冷却水がターボチャージャ6を経由する通路と、弁冷却通路19とが直列に配置されると、ターボチャージャ6の冷却効率が低下したり、又は燃料添加弁52及び尿素添加弁53の冷却効率が低下したりする可能性がある。
<
When the turbocharger 6 is a water-cooled supercharger cooled by the cooling water of the
例えば、冷却水がターボチャージャ6を経由する通路の下流に弁冷却通路19が直列に配置されると、ターボチャージャ6の熱を受けて高温となった冷却水により燃料添加弁52及び尿素添加弁53が冷却されることになるため、燃料添加弁52及び尿素添加弁53から冷却水へ放熱される熱量が減少して、燃料添加弁52及び尿素添加弁53の冷却効率が低下する。その結果、燃料添加弁52が燃料の変質を招く温度まで過昇温したり、又は尿素添加弁53が尿素水溶液の変質を招く温度まで過昇温したりする可能性がある。
For example, when the
一方、冷却水がターボチャージャ6を経由する通路の上流に弁冷却通路19が直列に配置されると、燃料添加弁52及び尿素添加弁53の熱を受けて高温となった冷却水によりターボチャージャ6が冷却されることになるため、ターボチャージャ6の冷却効率が低下する。その結果、ターボチャージャ6のタービンホイールとコンプレッサホイールとを連結する軸の回転不良を招く可能性がある。
On the other hand, when the
そこで、本変形例では、ターボチャージャ6が水冷式の過給機である場合において、冷却水がターボチャージャ6を経由する通路と、弁冷却通路19とを並列に配置するようにした。図5は、本変形例における冷却装置の構成を示す図である。図5において、前述した第1の実施形態と同様の構成要素には、同一の符合を付している。
Therefore, in this modification, when the turbocharger 6 is a water-cooled supercharger, the passage through which the cooling water passes through the turbocharger 6 and the
図5に示すように、冷却水がターボチャージャ6を経由する通路(以下、「TC水路」と称する)20は、ブロック側水路10bの途中から分岐してターボチャージャ6へ至る第八水路20aと、ターボチャージャ6から第一水路11の途中に合流する第九水路20bと、から構成される。このような構成によれば、TC水路20は、弁冷却通路19と並列に配置されるため、ターボチャージャ6の冷却効率の低下や、燃料添加弁52及び尿素添加弁53の冷却効率の低下を抑制することができる。
As shown in FIG. 5, a passage (hereinafter referred to as “TC waterway”) 20 through which the cooling water passes through the turbocharger 6 is branched from the middle of the
なお、弁冷却通路19は、ターボチャージャ6以外の水冷式の補機(例えば、水冷式オイルクーラ等)を冷却水が経由する通路とも並列に配置されるものとする。言い換えると、ウォーターポンプ17から、第四水路18、弁冷却通路19、及び第一水路11を経てラジエータ12の冷却水入口に至る経路には、2つの添加弁以外の冷却対象(ターボチャージャ6や水冷オイルクーラ等)が配置されないものとする。このような構成によれば、2つの添加弁以外の冷却対象の冷却効率に影響を与えることなく、燃料添加弁52及び尿素添加弁53を冷却することができる。
The
<実施形態1の変形例2>
前述した実施形態1では、第四水路18の途中から取り出される冷却水によって燃料添加弁52及び尿素添加弁53を冷却する例について述べたが、ブロック側水路10bの途
中から取り出される冷却水によって燃料添加弁52及び尿素添加弁53を冷却してもよい。詳細には、図6に示すように、弁冷却通路19の一端(第五水路19aの上流側端部)がブロック側水路10bの途中に接続されてもよい。
<
In the first embodiment described above, the example in which the
図6に示す構成によれば、ラジエータ12によって放熱された後に、シリンダブロック1bの熱を受けてある程度昇温した状態の冷却水が、燃料添加弁52及び尿素添加弁53を冷却することになる。よって、図6に示すように構成される冷却装置は、燃料添加弁52と尿素添加弁53とのうち、少なくとも尿素添加弁53が内燃機関1から離間した位置(例えば、車両の底面において走行風が当たりやすい位置)に配置される場合に適していると言える。尿素添加弁53が内燃機関1から離間した位置に配置される場合において、前述した第1の実施形態で述べたように、ラジエータ12によって放熱された後の冷却水であって、且つブロック側水路10bへ流入する前の低温の冷却水によって燃料添加弁52及び尿素添加弁53が冷却されると、低温の冷却水による冷却効果と走行風による冷却効果との相乗効果によって、尿素添加弁53が尿素の析出を誘発する温度まで過度に冷却される可能性がある。これに対し、図6に示すように、シリンダブロック1bの熱を受けてある程度昇温した状態の冷却水によって燃料添加弁52及び尿素添加弁53が冷却されると、尿素添加弁53が過度に冷却されることを抑制することができる。ただし、シリンダブロック1bの熱を受けてある程度昇温した状態の冷却水によって燃料添加弁52が冷却されると、燃料添加弁52が過昇温することが懸念される。しかしながら、ブロック側水路10bは、他の水路に比して多量の冷却水が流れる箇所であるため、ブロック側水路10bから弁冷却通路19へ取り出される冷却水の量を比較的多くすることができる。つまり、単位時間あたりに燃料添加弁52を経由する冷却水の量を比較的多くすることができる。よって、尿素添加弁53が過度に冷却されることを抑制しつつ、燃料添加弁52及び尿素添加弁53が過昇温することを抑制することができる。
According to the configuration shown in FIG. 6, after being radiated by the
<実施形態2>
次に、本発明の第2の実施形態について図7及び図8に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
<
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from the above-described first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
前述した第1の実施形態では、内燃機関の排気浄化システムが1系統である例について述べたが、本実施形態では、内燃機関の排気浄化システムが2系統に分かれている例について述べる。図7は、本実施形態における内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。なお、図7において、前述した第1の実施形態と同様の構成要素には、同一の符合を付している。 In the first embodiment described above, an example in which the exhaust gas purification system for the internal combustion engine is one system has been described. In the present embodiment, an example in which the exhaust gas purification system for the internal combustion engine is divided into two systems will be described. FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine and its exhaust system in the present embodiment. In FIG. 7, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.
図7に示す内燃機関1は、V型に配置された2つの気筒群(バンク)100a、100bを備えている。なお、図7に示す例では、各バンク100a、100bの各々に3つの気筒2が設けられているが、2つ以下であってもよく、又は4つ以上であってもよい。
The
前記した2つのバンク100a、100bのうち、一方のバンク100a(以下、「第一バンク100a」と称する)には、第一排気通路5aが接続されている。第一排気通路5aの途中には、第一ターボチャージャ6aのタービン61a、第一燃料添加弁52a、第一上流側ケーシング50a、第一尿素添加弁53a、及び第一下流側ケーシング51aが排気の流れ方向の上流側から順に配置されている。
The
また、前記した2つのバンク100a、100bのうち、他方のバンク100b(以下、「第二バンク100b」と称する)には、第二排気通路5bが接続されている。第二排気通路5bの途中には、第二ターボチャージャ6bのタービン61b、第二燃料添加弁52b、第二上流側ケーシング50b、第二尿素添加弁53b、及び第二下流側ケーシング
51bが排気の流れ方向の上流から順に配置されている。
The
なお、第一下流側ケーシング51aより下流の第一排気通路5aと、第二下流側ケーシング51bより下流の第二排気通路5bは、テールエンド(大気開放端)に至る前に相互に合流していてもよく、又はテールエンドに至るまで相互に独立していてもよい。
The
ここで、第一上流側ケーシング50aと第二上流側ケーシング50bは、前述した第1の実施形態の上流側ケーシング50と同様に、酸化触媒とパティキュレートフィルタとを収容している。また、第一下流側ケーシング51aと第二下流側ケーシング51bは、前述した第1の実施形態の下流側ケーシング51と同様に、SCR触媒を収容している。
Here, the 1st
なお、図7中の60aは、第一ターボチャージャ6aのコンプレッサを示している。また、図7中の60bは、第二ターボチャージャ6bのコンプレッサを示している。
In addition, 60a in FIG. 7 has shown the compressor of the
次に、図8は、本実施形態における冷却装置の構成を示す図である。図8において、前述した第1の実施形態と同様の構成要素には、同一の符合を付している。本実施形態における弁冷却通路19は、第一弁冷却通路190と、該第一弁冷却通路190と並列に配置される第二弁冷却通路191とを備えている。第一弁冷却通路190は、第四水路18の途中から分岐して、第一燃料添加弁52a及び第一尿素添加弁53aを順次に経由した後に第一水路11の途中に合流する水路である。その際、第一弁冷却通路190は、第四水路18から取り出された冷却水が先ず第一燃料添加弁52aを冷却し、且つその冷却水が第一燃料添加弁52aの次に第一尿素添加弁53aを冷却するように構成されている。すなわち、第一弁冷却通路190は、第一燃料添加弁52aと第一尿素添加弁53aとの間に、それら第一燃料添加弁52a及び第一尿素添加弁53a以外の冷却対象が配置されないように構成されている。一方、第二弁冷却通路191は、第四水路18の途中から分岐して、第二燃料添加弁52b及び第二尿素添加弁53bを順次経由した後に第一水路11の途中に合流する水路である。その際、第二弁冷却通路191は、第四水路18から取り出された冷却水が先ず第二燃料添加弁52bを冷却し、且つその冷却水が第二燃料添加弁52bの次に第二尿素添加弁53bを冷却するように構成される。すなわち、第二弁冷却通路191は、第二燃料添加弁52bと第二尿素添加弁53bとの間に、それら第二燃料添加弁52b及び第二尿素添加弁53b以外の冷却対象が配置されないように構成されている。
Next, FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the cooling device in the present embodiment. In FIG. 8, the same reference numerals are given to the same components as those of the first embodiment described above. The
図8に示すように構成される弁冷却通路19によれば、前述した第1の実施形態と同様に、尿素添加弁53a、53bが過度に冷却されることを抑制しつつ、燃料添加弁52a、52b、及び尿素添加弁53a、53bが過昇温することを抑制することができる。
According to the
<実施形態2の変形例>
前述した第2の実施形態では、排気浄化システムが2系統に分かれている例について述べたが、本変形例では、排気浄化システムの一部が2系統に分かれている例について述べる。
<Modification of
In the second embodiment described above, the example in which the exhaust purification system is divided into two systems has been described, but in this modification, an example in which a part of the exhaust purification system is divided into two systems will be described.
図9は、本実施形態における内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。なお、図9において、前述した第2の実施形態と同様の構成要素には、同一の符合を付している。図9に示す内燃機関1の排気系は、第一バンク100aに接続される第一排気通路5a’と、第二バンク100bに接続される第二排気通路5b’と、第一排気通路5a’と第二排気通路5b’とが合流して形成される第三排気通路5cと、を備えている。そして、第一排気通路5a’の途中には、第一ターボチャージャ6aのタービン61a、第一燃料添加弁52a、第一上流側ケーシング50aが排気の流れ方向の上流側から順に配置されている。また、第二排気通路5b’の途中には、第二ターボチャージャ6bのタービン6
1b、第二燃料添加弁52b、第二上流側ケーシング50bが排気の流れ方向の上流側から順に配置されている。第三排気通路5cの途中には、尿素添加弁53、及び下流側ケーシング51が排気の流れ方向の上流側から順に配置される。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine and its exhaust system in the present embodiment. In FIG. 9, the same reference numerals are given to the same components as those of the second embodiment described above. The exhaust system of the
1b, the 2nd
次に、図10は、本変形例における冷却装置の構成を示す図である。図10において、前述した第2の実施形態と同様の構成要素には、同一の符合を付している。本変形例における弁冷却通路19は、第一弁冷却通路190’と、該第一弁冷却通路190’と並列に配置される第二弁冷却通路191’と、第一弁冷却通路190’と第二弁冷却通路191’とが相互に合流して形成される第三弁冷却通路192と、を備えている。第一弁冷却通路190’は、第四水路18の途中から分岐して、第一燃料添加弁52aを経由する水路である。第二弁冷却通路191’は、第四水路18の途中から分岐して、第二燃料添加弁52bを経由する水路である。第三弁冷却通路192は、尿素添加弁53を経由した後に、第一水路11の途中に合流する水路である。
Next, FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a cooling device in the present modification. In FIG. 10, the same components as those in the second embodiment described above are denoted by the same reference numerals. The
ここで、第一弁冷却通路190’には、第一燃料添加弁52a以外の冷却対象が配置されないものとする。同様に、第二弁冷却通路191’には、第二燃料添加弁52b以外の冷却対象が配置されないものとする。また、第三弁冷却通路192には、尿素添加弁53以外の冷却対象が配置されないものとする。
Here, it is assumed that the cooling target other than the first
上記したように構成される冷却装置によれば、第一燃料添加弁52aを冷却した冷却水が第一燃料添加弁52aの次に尿素添加弁53を冷却することになるとともに、第二燃料添加弁52bを冷却した冷却水が第二燃料添加弁52bの次に尿素添加弁53を冷却することになる。その結果、前述した第1の実施形態と同様に、尿素添加弁53が過度に冷却されることを抑制しつつ、燃料添加弁52a、52b、及び尿素添加弁53が過昇温することを抑制することができる。
According to the cooling device configured as described above, the cooling water that has cooled the first
なお、前述した第2の実施形態、及び第2の実施形態の変形例では、V型の内燃機関を例に挙げたが、例えば、6つ以上の気筒が直列に配置された直列多気筒内燃機関において、排気系の少なくとも一部が2系統に分かれている構成であっても、前述の図8又は図10に示す構成を適用することができる。 In the above-described second embodiment and the modification of the second embodiment, the V-type internal combustion engine is taken as an example. For example, an in-line multi-cylinder internal combustion engine in which six or more cylinders are arranged in series. Even if the engine has a configuration in which at least a part of the exhaust system is divided into two systems, the configuration shown in FIG. 8 or FIG. 10 described above can be applied.
<実施形態3>
次に、本発明の第3の実施形態について図11に基づいて説明する。ここでは前述した第1の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
<Embodiment 3>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, a configuration different from the above-described first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
前述した第1の実施形態では、内燃機関1の冷却水が循環する回路に弁冷却通路19を取り付ける例について述べたが、本実施形態では、インタークーラ43が水冷式の熱交換器である場合において、該インタークーラ43の冷却回路に弁冷却通路19を取り付ける例について述べる。
In the first embodiment described above, the example in which the
図11は、本実施例における冷却装置の構成を示す図である。図11に示す冷却装置は、インタークーラ43の冷却水出口から流出する冷却水を、内燃機関1の冷却水の熱を放熱させるためのラジエータ12とは別途に設けられた、ラジエータ120の冷却水入口へ導くためのアウトレット水路430を備えている。また、冷却装置は、ラジエータ120の冷却水出口から流出する冷却水を、インタークーラ43の冷却水入口へ導くためのインレット水路431を備えている。前記インレット水路431の途中には、該インレット水路431内の冷却水を、ラジエータ120の冷却水出口側からインタークーラ43の冷却水入口側へ向けて圧送するための、電動ウォーターポンプ432が取り付けられている。そして、電動ウォーターポンプ432とインタークーラ43との間のインレット水路431には、弁冷却通路19の上流側端部が接続されている。弁冷却通路19の下流側端部は
、アウトレット水路430の途中に接続されている。弁冷却通路19は、前述した第1の実施形態と同様に、冷却水が先ず燃料添加弁52を冷却し、且つ冷却水が燃料添加弁52の次に尿素添加弁53を冷却するように構成されている。
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the cooling device in the present embodiment. The cooling device shown in FIG. 11 is a cooling water for the
上記したように構成される冷却水によれば、ラジエータ120によって放熱された後の冷却水であって、且つインタークーラ43へ流入する前の低温の冷却水によって燃料添加弁52及び尿素添加弁53が冷却されるため、それら燃料添加弁52及び尿素添加弁53が過昇温することを抑制することができる。また、尿素添加弁53は、燃料添加弁52の熱を受けた後の冷却水によって冷却されるため、該尿素添加弁53が尿素の融点より低い温度まで過度に冷却されることも抑制される。さらに、本実施形態における弁冷却通路19は、冷却水がインタークーラ43を経由する水路とは並列に配置されるため、インタークーラ43の冷却効率を低下させることなく、燃料添加弁52及び尿素添加弁53を冷却することができる。
According to the cooling water configured as described above, the
1 内燃機関
1a シリンダヘッド
1b シリンダブロック
2 気筒
3 燃料噴射弁
4 吸気通路
5 排気通路
5a、5a’ 第一排気通路
5b、5b’ 第二排気通路
5c 第三排気通路
6 ターボチャージャ
10a ヘッド側水路
10b ブロック側水路
12 ラジエータ
14 サーモスタットバルブ
17 ウォーターポンプ
19 弁冷却通路
20 TC水路
43 インタークーラ
50 上流側ケーシング
50a 第一上流側ケーシング
50b 第二上流側ケーシング
51 下流側ケーシング
51a 第一下流側ケーシング
51b 第二下流側ケーシング
52 燃料添加弁
52a 第一燃料添加弁
52b 第二燃料添加弁
53 尿素添加弁
53a 第一尿素添加弁
53b 第二尿素添加弁
60 コンプレッサ
61 タービン
120 ラジエータ
190、190’ 第一弁冷却通路
191、191’ 第二弁冷却通路
192 第三弁冷却通路
430 アウトレット水路
431 インレット水路
432 電動ウォーターポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記上流側浄化装置より下流の排気通路に配置され、選択還元型触媒を含む下流側浄化装置と、
前記上流側浄化装置より上流の排気通路に配置され、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記上流側浄化装置と前記下流側浄化装置との間の排気通路に配置され、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁と、
を備える排気浄化システムに適用される冷却装置であって、
前記冷却装置は、前記燃料添加弁と前記尿素添加弁とを冷媒が順次に流れる通路である弁冷却通路を備え、
前記弁冷却通路は、冷媒が先ず前記燃料添加弁を冷却し、且つ冷媒が前記燃料添加弁の次に前記尿素添加弁を冷却するように構成されることを特徴とする排気浄化システムの冷却装置。 An upstream side purification device that is disposed in an exhaust passage of a compression ignition internal combustion engine that is operated by lean combustion and includes an oxidation catalyst;
A downstream purification device that is disposed in an exhaust passage downstream from the upstream purification device and includes a selective catalytic reduction catalyst;
A fuel addition valve that is disposed in an exhaust passage upstream of the upstream purification device and that adds fuel to the exhaust;
A urea addition valve that is disposed in an exhaust passage between the upstream purification device and the downstream purification device, and adds a urea aqueous solution into the exhaust;
A cooling device applied to an exhaust purification system comprising:
The cooling device includes a valve cooling passage that is a passage through which a refrigerant sequentially flows through the fuel addition valve and the urea addition valve,
The cooling device for an exhaust purification system, wherein the valve cooling passage is configured such that the refrigerant first cools the fuel addition valve, and the refrigerant cools the urea addition valve next to the fuel addition valve. .
前記排気通路は、第一排気通路と第二排気通路とを含み、
前記上流側浄化装置は、前記第一排気通路に配置される第一上流側浄化装置と、前記第二排気通路に配置される第二上流側浄化装置とを含み、
前記下流側浄化装置は、前記第一上流側浄化装置より下流の前記第一排気通路に配置される第一下流側浄化装置と、前記第二上流側浄化装置より下流の前記第二排気通路に配置される第二下流側浄化装置とを含み、
前記燃料添加弁は、前記第一上流側浄化装置より上流の前記第一排気通路に配置される第一燃料添加弁と、前記第二上流側浄化装置より上流の前記第二排気通路に配置される第二燃料添加弁とを含み、
前記尿素添加弁は、前記第一上流側浄化装置と前記第一下流側浄化装置との間の前記第一排気通路に配置される第一尿素添加弁と、前記第二上流側浄化装置と前記第二下流側浄化装置との間の前記第二排気通路に配置される第二尿素添加弁とを含み、
前記弁冷却通路は、冷媒が先ず前記第一燃料添加弁を冷却し、且つ冷媒が前記第一燃料添加弁の次に前記第一尿素添加弁を冷却するように構成される第一弁冷却通路と、冷媒が先ず前記第二燃料添加弁を冷却し、且つ冷媒が前記第二燃料添加弁の次に前記第二尿素添加弁を冷却するように構成される第二弁冷却通路とを含む排気浄化システムの冷却装置。 In claim 1 or 2,
The exhaust passage includes a first exhaust passage and a second exhaust passage,
The upstream purification device includes a first upstream purification device disposed in the first exhaust passage, and a second upstream purification device disposed in the second exhaust passage,
The downstream purification device includes a first downstream purification device disposed in the first exhaust passage downstream from the first upstream purification device, and a second exhaust passage downstream from the second upstream purification device. A second downstream purification device disposed,
The fuel addition valve is arranged in a first fuel addition valve arranged in the first exhaust passage upstream from the first upstream purification device and in the second exhaust passage upstream from the second upstream purification device. A second fuel addition valve
The urea addition valve includes a first urea addition valve disposed in the first exhaust passage between the first upstream purification device and the first downstream purification device, the second upstream purification device, and the A second urea addition valve disposed in the second exhaust passage between the second downstream side purification device,
The valve cooling passage is configured so that the refrigerant first cools the first fuel addition valve, and the refrigerant cools the first urea addition valve next to the first fuel addition valve. And a second valve cooling passage configured such that the refrigerant first cools the second fuel addition valve and the refrigerant cools the second urea addition valve next to the second fuel addition valve. Purification system cooling device.
前記排気通路は、第一排気通路と、第二排気通路と、前記第一排気通路及び前記第二排気通路が合流して形成される第三排気通路とを含み、
前記上流側浄化装置は、前記第一排気通路に配置される第一上流側浄化装置と、前記第二排気通路に配置される第二上流側浄化装置とを含み、
前記下流側浄化装置は、前記第三排気通路に配置され、
前記燃料添加弁は、前記第一上流側浄化装置より上流の前記第一排気通路に配置される第一燃料添加弁と、前記第二上流側浄化装置より上流の前記第二排気通路に配置される第二燃料添加弁とを含み、
前記尿素添加弁は、前記下流側浄化装置より上流の前記第三排気通路に配置され、
前記弁冷却通路は、冷媒が前記第一燃料添加弁を経由する第一弁冷却通路と、冷媒が前記第二燃料添加弁を経由する第二弁冷却通路と、前記第一弁冷却通路及び前記第二弁冷却
通路が合流して形成される通路であって、且つ前記第一燃料添加弁及び前記第二燃料添加弁を経由した冷媒が前記尿素添加弁を経由する第三弁冷却通路と、含み、
前記第一弁冷却通路、前記第二弁冷却通路、及び前記第三弁冷却通路は、前記第一燃料添加弁を冷却した冷媒が前記第一燃料添加弁の次に前記尿素添加弁を冷却し、且つ前記第二燃料添加弁を冷却した冷媒が前記第二燃料添加弁の次に前記尿素添加弁を冷却するように構成される排気浄化システムの冷却装置。 In claim 1 or 2,
The exhaust passage includes a first exhaust passage, a second exhaust passage, and a third exhaust passage formed by joining the first exhaust passage and the second exhaust passage,
The upstream purification device includes a first upstream purification device disposed in the first exhaust passage, and a second upstream purification device disposed in the second exhaust passage,
The downstream purification device is disposed in the third exhaust passage,
The fuel addition valve is arranged in a first fuel addition valve arranged in the first exhaust passage upstream from the first upstream purification device and in the second exhaust passage upstream from the second upstream purification device. A second fuel addition valve
The urea addition valve is disposed in the third exhaust passage upstream of the downstream purification device,
The valve cooling passage includes a first valve cooling passage through which the refrigerant passes through the first fuel addition valve, a second valve cooling passage through which the refrigerant passes through the second fuel addition valve, the first valve cooling passage, and the A third valve cooling passage that is formed by joining the second valve cooling passage, and the refrigerant that has passed through the first fuel addition valve and the second fuel addition valve passes through the urea addition valve; Including
In the first valve cooling passage, the second valve cooling passage, and the third valve cooling passage, the refrigerant that has cooled the first fuel addition valve cools the urea addition valve next to the first fuel addition valve. And the cooling device of the exhaust gas purification system comprised so that the refrigerant | coolant which cooled the said 2nd fuel addition valve may cool the said urea addition valve after the said 2nd fuel addition valve.
前記内燃機関は、冷媒により冷却される内燃機関であって、且つ該内燃機関を経由した冷媒の熱を放熱させるためのラジエータを具備し、
前記弁冷却通路は、前記ラジエータを経由した後の冷媒であって、且つ前記内燃機関を経由する前の冷媒の一部が、前記燃料添加弁及び前記尿素添加弁を順次に流れるように構成される排気浄化システムの冷却装置。 In any one of Claims 1-4,
The internal combustion engine is an internal combustion engine cooled by a refrigerant, and includes a radiator for dissipating heat of the refrigerant that has passed through the internal combustion engine.
The valve cooling passage is configured such that a part of the refrigerant that has passed through the radiator and that has not passed through the internal combustion engine flows in order through the fuel addition valve and the urea addition valve. Cooling device for exhaust purification system.
前記内燃機関は、冷媒により冷却される内燃機関であって、且つ該内燃機関を経由した冷媒の熱を放熱させるためのラジエータを具備し、
前記弁冷却通路は、前記燃料添加弁及び前記尿素添加弁を順次に経由した後の冷媒を、前記内燃機関を経由した後の冷媒であって、且つ前記ラジエータへ流入する前の冷媒と合流するように構成される排気浄化システムの冷却装置。 In any one of Claims 1-4,
The internal combustion engine is an internal combustion engine cooled by a refrigerant, and includes a radiator for dissipating heat of the refrigerant that has passed through the internal combustion engine.
The valve cooling passage joins the refrigerant after sequentially passing through the fuel addition valve and the urea addition valve with the refrigerant after passing through the internal combustion engine and before flowing into the radiator. An exhaust purification system cooling device configured as described above.
前記弁冷却通路は、前記燃料添加弁及び前記尿素添加弁を順次に経由した後の冷媒を、前記内燃機関を経由した後の冷媒であって、且つ前記ラジエータへ流入する前の冷媒と合流するように構成される排気浄化システムの冷却装置。 In claim 5,
The valve cooling passage joins the refrigerant after sequentially passing through the fuel addition valve and the urea addition valve with the refrigerant after passing through the internal combustion engine and before flowing into the radiator. An exhaust purification system cooling device configured as described above.
前記内燃機関は、該内燃機関の排気エネルギを利用して遠心式のコンプレッサを駆動する過給機であって、且つ冷媒により冷却される排気タービン過給機を具備し、
前記弁冷却通路は、前記排気タービン過給機を経由して冷媒が流れる通路と並列に配置される排気浄化システムの冷却装置。 In any one of Claims 1-7,
The internal combustion engine is a supercharger that drives a centrifugal compressor using exhaust energy of the internal combustion engine, and includes an exhaust turbine supercharger that is cooled by a refrigerant,
The said valve cooling channel | path is a cooling device of the exhaust gas purification system arrange | positioned in parallel with the channel | path through which a refrigerant | coolant flows via the said exhaust turbine supercharger.
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